PZT及LNO的溅射制备及其低温晶化研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 张晓东 |
| 答辩日期 | 2006-05-29 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 褚君浩 |
| 关键词 | 铁电薄膜 磁控溅射 后退火 高压氧后处理 Pb(Zrxti1-x)O3薄膜 Lanio3薄膜 成核势垒 电滞回线 矩形度 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | 主要的研究工作和结果有: 1) LNO溅射工艺条件选择和退火工艺条件选择通过在不同基片温度（200oC～600oC）和不同氧分压百分比（0％～60％）溅射条件下，我们得到当氧分压固定时，LNO薄膜的室温电阻率随基片的温度减小而减小。当基片温度固定时，LNO薄膜的室温电阻率随着氧分压的增加而减小。在最佳的溅射工艺条件下（基片温度200oC氧分压为40%），得到的电阻率为5～10×10-4 Wcm左右。在基片温度200oC氧分压为40%，溅射生长得到高度(100)取向的LaNiO3(LNO) 薄膜。原生长的LNO薄膜为金属性的，其室温(RT)电阻率为 ～9×10-4Ωcm，。通过对原生长的LNO薄膜进行后退火处理能降低室温电阻率，至7000C 后退火的LNO薄膜的室温电阻率能降至～3×10-4 Wcm。但在800oC后退火的LNO薄膜会产生裂纹 。 2） PZT溅射工艺研究通过在不同衬底温度下溅射沉积PZT薄膜，我们得到的结果是RT,200oC, 300oC, 400oC, PZT(52/48) 薄膜是无定形的, 部份结晶的焦緑石, 或共存的部分结晶焦緑石和部分结晶钙钛矿相。而衬底温度为500oC, 580oC, 600oC时，PZT(52/48) 薄膜都结晶为高度（100）取向的钙钛矿结构多晶薄膜。电滞回线和C-V曲线显示，衬底温度为500oC, 580oC, 600oC的样品都具有铁电性。衬底温度越高，所得的铁电性越好，电容值越大，介电常数越大。但随着衬底温度的升高，驰豫频率变小，表明薄膜中的缺陷增多。通过在不同氧分压百分比0％，10％，20％，40％溅射沉积PZT薄膜，得出随着氧分压的增加，薄膜的结晶度变差，直至氧分压增加到40％时成非晶薄膜。同时铁电性也随着氧分压的增加而变差。介电常数随着氧分压的增大而变小。但驰豫频率随着氧分压的增加而变高。 3） LNO薄膜高压氧处理结果原生长的LNO薄膜为金属性的，其最低室温(RT)电阻率在生长条为衬底温度200oC ，氧分压40%，最低电阻率为 ～5.5×10-4Ωcm。通过高压氧后处理，这个原生长的电阻率最低值还能被降低。经8 Mpa高压氧后处理后，室温电阻率可以降到1.5×10-4Ωcm 。除此以外，还在基片温度为室温通过磁控溅射法将LNO薄膜沉积在Si(100)/n 基片上。原生长的LNO薄膜为高电阻率的非晶薄膜（～5.9×10-2Ωcm）。即使通过高温8000C的后退火，还是为高电阻率的非晶薄膜。但经8 Mpa高压氧处理后，薄膜可以转变为室温电阻率非常低的菱形六面体相的多晶薄膜，其室温电阻率为1.09×10-4Ωcm。经高压氧处理的LNO薄膜可以和生长在晶格匹配的SrTiO3, LaAlO3,或sapphire单晶上的外延LNO薄膜的电阻率相媲美。 4） 溅射沉积的PZT薄膜的高压处理根据经典成核理论，通过高压气体环境降低了成核势垒, 即高压氧气处理(HOPP) 和高压氩气处理(HAPP) 在4000C的低温，成功地使Pb(ZrxTi1-x)O3 (PZT) 薄膜结晶为高度（100）取向的钙钛矿结构。这个方法与以硅基半导体工艺技术为基础的读出电路相兼容。PZT薄膜的铁电性由P-E电滞回线确定。和6000C溅射原生长的PZT薄膜比较，经高压气体处理后，PZT(52/48) 和PZT(30/70)铁电薄膜的电滞回线矩形性更好，剩余极化更大。经高压氩气处理，虽然PZT(52/48) 能晶化成高度（100）取向的钙钛矿结构，但和高压氧气处理比较，铁电性较差，因而需要进一步的优化。 5） 溶胶－凝胶沉积的PZT薄膜的高压处理经高压氧处理，在低温400oC成功地制备出了高度(100)取向的由溶胶－凝胶法所得的Pb(ZrxTi1-x)O3 (PZT) 薄膜，并得到良好的铁电性能。这个方法与现存的以硅基半导体工艺技术为基础的读出电路相兼容。PZT （50/50）薄膜显示出饱和性很好的电滞回线。在400 kV/cm的电场下，剩余极化为26μC/cm2，骄顽场为93 kV/cm。 6) 器件应用用低温高压下结晶成膜的技术在硅基SiN支撑层上制备了PZT 128x128 元探测器列阵，对列阵上单元器件测得电滞回线.所有薄膜制备都是在400度以下完成的, 为在硅基读出电路和聚酰亚胺(微桥牺牲层)上制备器件打下了基础. |
| 学科主题 | 红外基础研究 |
| 公开日期 | 2012-07-11 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/4292]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张晓东. PZT及LNO的溅射制备及其低温晶化研究[D]. 中国科学院研究生院. 2006. |
入库方式： OAI收割
来源：上海技术物理研究所
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